C++面试题：介绍一下STL如何实现vector

考点：vector的理解与实现细节

解析：

vector的定义如下：

 template<class _Ty, class _A = allocator<_Ty> >
 class vector {
     ……
 };

这里省略了中间的成员。其中_Ty类型用于表示vector中存储的元素类型，_A默认为allocator<_Ty>类型。

这里需要说明的是allocator类，它是一种内存配置器，负责提供内存管理（可能包含内存分配、释放、自动回收等能力）相关的服务。于是对于程序员来说，就不用关心内存管理方面的问题。

vector支持随机访问，因此为了效率方面的考虑，它内部使用动态数组的方式实现。当进行insert或push_back等增加元素的操作时，如果此时动态数组的内存不够用，就要动态的重新分配，一般是当前大小的两倍，然后把原数组的内容拷贝过去。所以在一般情况下，其访问速度同一般数组，只有在重新分配发生时，其性能才会下降。例如，下面的程序：

        #include <iostream>        #include <vector>        using namespace std;        int main()        {                vector<int> v;       //初始时无元素，容量为0                cout << v.capacity() << endl;                 v.push_back(1)    ; //容量不够，分配1个元素内存                cout << v.capacity() << endl;                v.push_back(2);     //容量不够，分配2个元素内存                cout << v.capacity() << endl;                v.push_back(3);     //容量不够，分配4个元素内存                cout << v.capacity() << endl;                v.push_back(4);                v.push_back(5);     //容量不够，分配8个元素内存                cout << v.capacity() << endl;                v.push_back(6);                v.push_back(7);                v.push_back(8);                v.push_back(9);      //容量不够，分配16个元素内存                cout << v.capacity() << endl;                return 0;        }

下面是各个执行步骤：
（1）代码7行，初始化时v无元素（size为0），且容量（capacity）也为0。
（2）代码9行，在数组末尾添加元素1，由于容量不够，因此allocator分配1个int大小的内存，并把整数1复制到这个内存中。
（3）代码11行，在数组末尾添加元素2。此时容量为1，但元素个数需要变为2，因此容量不够，于是allocator先分配原来容量的2倍大小的内存（即2个int大小的内存），然后把原来数组中的1和新加入的2拷贝到新分配的内存中，最后释放原来数组的内存。
（4）代码13行，在数组末尾添加元素3。此时容量为2，而元素个数需要变为3，因此容量也不够。和（3）相同，allocator分配4个int的内存，然后把原来数组中的1、2以及新加入的3拷贝到新分配的内存，最后释放原数组的内存。
（5）代码15行，在数组末尾添加元素3。此时容量为4，而元素个数需要变为3，因此容量足够，不需要分配内存，直接把4拷贝到数组的最后即可。
以后的操作不再赘述。注意vector的size()和capacity()是不同的，前者表示数组中元素的多少，后者表示数组有多大的容量。由上面的分析可以看出，使用vector的时候需要注意内存的使用，如果频繁地进行内存的重新分配，会导致效率低下。

vector内部使用动态数组的方式实现的。如果动态数组的内存不够用，就要动态的重新分配，一般是当前大小的两倍，然后把原数组的内容拷贝过去。所以，在一般情况下，其访问速度同一般数组，只有在重新分配发生时，其性能才会下降。它的内部使用allocator类进行内存管理，程序员不需要自己操作内存。